(57)【要約】 【課題】参照光の光位相変調が理想的な状態からずれても、多重記録されたデータ間のクロストークを低減して再生データのＳ／Ｎ比を良好に保持すること。【解決手段】位相変調多重により同一スポットに異なる記録データを多重記録する際に、記録データの記録時に参照光２００を空間位相変調器１８により光位相変調した時に用いた位相アドレスコードと異なる位相アドレスコードから生成した位相変調パターンを空間位相変調器１８に表示して光位相変調した後ホログラム記録媒体１４に照射することにより、前記記録データをイメージセンサ１６で読み出して再生データを得る。これにより、空間位相変調器１８の動作が理想状態からずれて行われても、再生データに含まれるクロストーク成分を減少させることができ、それ故、Ｓ／Ｎ比の良い再生データを得ることができる。【選択図】  図１
2005135531.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
記録データによって空間光変調された第１の光ビームを第２の光ビームと干渉させることにより生じる干渉縞をホログラム記録媒体に記録し、同ホログラム記録媒体に第３の光ビームを照射することにより発生する回折光を受光素子で受光することにより読み出してデータを再生するホログラム記録再生装置であって、
前記第２の光ビームを位相アドレスコードから生成した位相変調パターンにより光位相変調する第１の位相変調手段と、
前記記録データの記録時に第２の光ビームを光位相変調した時に用いた位相アドレスコードと異なる位相アドレスコードから生成した位相変調パターンにより第３の光ビームを光位相変調する第２の位相変調手段とを具備し、
前記位相変調された第２の光ビームを用いて前記記録データを前記干渉縞として前記ホログラム記録媒体に記録し、前記位相変調された第３の光ビームを同ホログラム記録媒体に照射して前記記録データと同一の記録データを再生することを特徴とするホログラム記録再生装置。
【請求項２】
前記第１、第２の位相変調手段は、２次元の位相変調パターンを表示する光位相変調器を有することを特徴とする請求項１記載のホログラム記録再生装置。
【請求項３】
前記第１、第２の位相変調手段は、同一の位相変調手段で兼用することを特徴とする請求項１記載のホログラム記録再生装置。
【請求項４】
前記ホログラム記録再生装置は、前記ホログラム記録媒体に記録データを記録するホログラム記録装置と、前記ホログラム記録媒体から前記記録データを再生するホログラム再生装置とは別体であることを特徴とする請求項１記載のホログラム記録再生装置。
【請求項５】
前記光位相変調された第２の光ビームと前記空間光変調された第１の光ビームの干渉縞を前記ホログラム記録媒体の同一スポットに多重記録することを特徴とする請求項１記載のホログラム記録再生装置。
【請求項６】
記録データによって空間光変調された第１の光ビームを第２の光ビームと干渉させることにより生じる干渉縞をホログラム記録媒体に記録し、同ホログラム記録媒体に第３の光ビームを照射することにより発生する回折光を受光素子で受光することにより読み出してデータを再生するホログラム記録再生方法であって、
前記第２の光ビームを位相アドレスコードから生成した位相変調パターンにより光位相変調するステップと、
前記記録データの記録時に第２の光ビームを光位相変調した時に用いた位相アドレスコードと異なる位相アドレスコードから生成した位相変調パターンにより第３の光ビームを光位相変調するステップと、
前記位相変調された第２の光ビームを用いて前記記録データを前記干渉縞として前記ホログラム記録媒体に記録するステップと、
前記位相変調された第３の光ビームを同ホログラム記録媒体に照射して前記記録データと同一の記録データを再生するステップと、
を具備することを特徴とするホログラム記録再生方法。
【請求項７】
光ビームを光位相変調する際に用いるアドレスコードの作成方法であって、
行列サイズｍ行ｍ列の正方行列を生成するステップと、
前記生成された行列の特定の行を除去するステップと、
前記特定の行を除去された行列の各行を抽出することで再生用のアドレスコードを作成するステップと、
前記再生用の各アドレスコードに、総和がゼロになる２種類以上の係数をかけて記録用のアドレスコードを作成するステップと、
を具備することを特徴とするアドレスコードの作成方法。
【請求項８】
前記行列は、この行列をχとすると、χ・χ＊で与えられる行列の非対角成分がゼロであることを特徴とする請求項７記載のアドレスコードの作成方法。
【請求項９】
前記行列はユニタリ行列であることを特徴とする請求項７記載のアドレスコードの作成方法。
【請求項１０】
前記係数は２種類であることを特徴とする請求項７記載のアドレスコードの作成方法。    
【請求項１１】
前記２種類の係数はこれら係数の値の比が−１であることを特徴とする請求項１０記載のアドレスコードの作成方法。
【請求項１２】
前記２種類の係数は１と−１であることを特徴とする請求項１０記載のアドレスコードの作成方法。
【請求項１３】
前記記録用のアドレスコードを用いて光位相変調した参照光と別途記録データに応じて光空間変調された信号光を干渉させてホログラム記録媒体に干渉縞を記録し、前記再生用のアドレスコードを用いて光位相変調した照明光を前記ホログラム記録媒体に照射して前記記録データを再生することを特徴とする請求項７記載のアドレスコードの作成方法。
【請求項１４】
前記生成されたｍ行ｍ列の正方行列の特定の行を除去した行列の各行を抽出することで記録用のアドレスコードを作成し、この記録用の各アドレスコードに、総和がゼロになる２種類以上の係数をかけて再生用のアドレスコードを作成することを特徴とする請求項７記載のアドレスコードの作成方法。
【請求項１５】
光ビームを光位相変調する際に用いるアドレスコードを作成するプログラムであって、
ｍ×ｍの正方行列を生成する機能と、
前記生成された行列の特定の行を除去する機能と、
前記特定の行を除去された行列から第１のアドレスコードを作成する機能と、
前記第１のアドレスコードの各要素に、総和がゼロになる２種類以上の係数をかけて第２のアドレスコードを作成する機能と、
をコンピュータに実現させることを特徴とするアドレスコード作成プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ホログラム記録再生装置及び方法に係り、特に位相多重記録再生におけるクロストークノイズを低減させるためのアドレスコードの作成方法及びアドレスコード作成プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ホログラム技術を利用して大容量データの記録再生を行なうホログラフィックデータストレージシステムが提案されている。このホログラム記録再生システムは、例えば液晶素子等の空間光変調手段によって生成される記録データを含む信号光と、この信号光に対応して設定される参照光とを所定の角度でホログラム記録媒体に照射することにより、信号光と参照光によって生じる干渉縞をホログラム記録媒体に記録する記録系と、このホログラム媒体に再生照明光（以降照明光と称する）を照射することによって疎密パターンに対応する再生光を生成し、これをＣＣＤイメージセンサ等の受光素子によって受光してその解析を行ない、データを再生する再生系とを有する構成となっている。なお、このようにして記録された空間光変調手段１つあたりのホログラムをページと呼ぶ。
【０００３】
図５（Ａ）は従来のホログラフィックデータストレージシステムの記録系を示した概略構成図である。コヒーレントな光源（たとえばレーザー光源）２から出た光はビームスプリッター４により信号光１００と参照光２００に分岐され、信号光１００は所望のデータを表示した空間光変調器６によって変調された後、レンズ８を介してホログラム記録メディア１０上に照射される。一方、参照光２００も信号光と同じ領域にレンズ１２を介して照射され、信号光１００と参照光２００が互いに干渉した結果生じる干渉縞が記録メディア１０に記録される。
【０００４】
図５（Ｂ）は従来のホログラフィックデータストレージシステムの再生系を示した概略構成図である。再生時には、記録時と同様な光源２から生成される記録時の参照光と同一の再生照明光３００をレンズ１２を介して参照光と同じ方向からホログラム記録メディア１０に照射してやることで、記録メディア１０内に記録されていた干渉縞により再生光（回折光）４００を発生させ、これをレンズ１４を介してイメージセンサ１６で検出することで、再生データを得ることができる。
【０００５】
上記のようなホログラフィックデータストレージシステムにおいては、記録密度向上のために多重記録と言う手法を用いる。これは、従来の記録と異なり、１箇所に多数の独立なページを記録するというものである。このような、多重記録方式の代表的なものとしては、角度多重記録、シフト多重記録、位相コード多重記録などが知られている。
【０００６】
角度多重は、参照光の角度を変えることで１箇所に多数の独立なページを記録、再生するものである。シフト多重は記録位置を少しずつずらすことで、多重記録を行うものである。位相多重はひとつのページを記録する際に、色々な方向から参照光を同時に当てて記録するが、その際に各方向からの参照光に位相の変化を与えておく。この位相の変化をいろいろと組み合わせることで、１箇所に多数枚の独立なベージを記録再生するものである。
【０００７】
ここで、ホログラム記録メディア１０として光ディスクを例にとると、１回のホログラム記録で、１ページのデータ（＝空間光変調器画素数）を１箇所の記録スポットに記録することができる。さらに、その記録スポットには多重度分だけ重ね書きすることができる。それ故、光ディスク全体での記憶容量としては、記録スポットがディスク全体で何箇所あるかを考慮すると、記録容量＝空間光変調器画素数×スポット数×多重度、という結果を得ることができる。
【０００８】
この多重記録を行った際に、問題となってくるのがノイズである。多重度を上げていくと、もともと記録されていたページパターンだけでなく、たとえば本来黒く再生されるべき部分が、明るくなってくる現象が起こる。ノイズの原因はいくつかあり、たとえば異なるページ間でおこるクロストークや、材料によって引き起こされるスキャッタリングノイズなどがある（例えば非特許文献１参照）。このクロストークとは、本来は独立であるべき各ページが重なって再生されてしまう現象である。簡単な例で言うと、角度多重において各ページ間での参照光の角度変化量が十分でないときはクロストークノイズが顕著に発生する。この場合は角度変化量を十分とることによりクロストークノイズの問題を解決することができ、シフト多重に関しても同様にできる。
【非特許文献１】Holographic Data Storage:H.J.Coufal,D.Psaltis,G.T.Sincerbox ED:Springer:p.63-88 Fundamental Noise Sources in Volume Holographic Storage)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上記のように位相多重方式によるホログラムの多重記録は、各ページのアドレッシングに機械的な制御が不要で、転送レートの向上に有利であり、またノイズレベルが少なくなるなどのメリットがある。しかし、位相多重方式で用いる位相変調器での位相変調度が理想的な値をとれば、かなりクロストークが抑えられると考えられているが、実際は位相変調度の正確な制御は難しく理想的な値からずれてしまい、クロストークが発生してしまい、再生データのＳ／Ｎ比が悪化してしまう。しかも、位相多重においては変化量を十分にとるという概念が通用しないため、クロストークの発生を抑えて、再生データのＳ／Ｎ比を改善する適当な方法がないのが現状である。
【００１０】
本発明は前記事情に鑑み案出されたものであって、本発明の目的は、参照光の光位相変調が理想的な状態からずれても、多重記録されたデータ間のクロストークを低減して再生データのＳ／Ｎ比を良好に保持することができるホログラム記録再生装置、ホログラム記録再生方法、アドレスコードの作成方法及びアドレスコード作成プログラムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は上記目的を達成するため、記録データによって空間光変調された第１の光ビームを第２の光ビームと干渉させることにより生じる干渉縞をホログラム記録媒体に記録し、同ホログラム記録媒体に第３の光ビームを照射することにより発生する回折光を受光素子で受光することにより読み出してデータを再生するホログラム記録再生装置であって、前記第２の光ビームを位相アドレスコードから生成した位相変調パターンにより光位相変調する第１の位相変調手段と、前記記録データの記録時に第２の光ビームを光位相変調した時に用いた位相アドレスコードと異なる位相アドレスコードから生成した位相変調パターンにより第３の光ビームを光位相変調する第２の位相変調手段とを具備し、前記位相変調された第２の光ビームを用いて前記記録データを前記干渉縞として前記ホログラム記録媒体に記録し、前記位相変調された第３の光ビームを同ホログラム記録媒体に照射して前記記録データと同一の記録データを再生することを特徴とする。
【００１２】
このように本発明のホログラム記録再生装置では、位相変調多重により同一スポットに異なる記録データを多重記録した際に、記録データの記録時に第２の光ビーム（参照光）を光位相変調した時に用いたアドレスコードと異なるアドレスコードから生成した位相変調パターンにより第３の光ビーム（照明光）を光位相変調してホログラム記録媒体に照射し、これにより前記記録データを読み出して再生データを得るため、光位相変調が理想値からずれて行われても、再生データに含まれるクロストーク成分を減少させることができ、それ故、Ｓ／Ｎ比の良好な再生データを得ることができる。
【００１３】
また、本発明は、記録データによって空間光変調された第１の光ビームを第２の光ビームと干渉させることにより生じる干渉縞をホログラム記録媒体に記録し、同ホログラム記録媒体に第３の光ビームを照射することにより発生する回折光を受光素子で受光することにより読み出してデータを再生するホログラム記録再生方法であって、前記第２の光ビームを位相アドレスコードから生成した位相変調パターンにより光位相変調するステップと、前記記録データの記録時に第２の光ビームを光位相変調した時に用いた位相アドレスコードと異なる位相アドレスコードから生成した位相変調パターンにより第３の光ビームを光位相変調するステップと、前記位相変調された第２の光ビームを用いて前記記録データを前記干渉縞として前記ホログラム記録媒体に記録し、前記位相変調された第３の光ビームを同ホログラム記録媒体に照射して前記記録データと同一の記録データを再生するステップとを具備することを特徴とする。
【００１４】
このように本発明のホログラム記録再生方法では、位相変調多重により同一スポットに異なる記録データを多重記録した際に、記録データの記録時に第２の光ビーム（参照光）を光位相変調した時に用いたアドレスコードと異なるアドレスコードから生成した位相変調パターンにより第３の光ビーム（照明光）を光位相変調してホログラム記録媒体に照射し、これにより前記記録データを読み出して再生データを得るため、光位相変調が理想値からずれて行われても、再生データに含まれるクロストーク成分を減少させることができ、それ故、Ｓ／Ｎ比の良好な再生データを得ることができる。
【００１５】
また、本発明は、光ビームを光位相変調する際に用いるアドレスコードの作成方法であって、行列サイズｍ行ｍ列の正方行列を生成するステップと、前記生成された行列の特定の行を除去するステップと、前記特定の行を除去された行列の各行を抽出することで再生用のアドレスコードを作成するステップと、前記再生用の各アドレスコードに、総和がゼロになる２種類以上の係数をかけて記録用のアドレスコードを作成するステップとを具備することを特徴とする。
【００１６】
このように本発明のアドレスコードの作成方法では、ｍ×ｍの正方行列の特定の行を除去し、この行列の各行を抽出することで再生用のアドレスコードを作成し、この再生用のアドレスコードの各要素に、総和がゼロになる２種類以上の係数をかけて記録用のアドレスコードを作成しておく。その後、記録用アドレスコードを用いて光位相変調した参照光と別途記録データに応じて光空間変調された信号光を干渉させてホログラム記録媒体に干渉縞を記録し、前記再生用のアドレスコードを用いて光位相変調した照明光を前記ホログラム記録媒体に照射して前記記録データと同一のデータを再生することにより、光位相変調が理想値からずれて行われても、再生データに含まれるクロストーク成分を減少させることができ、それ故、Ｓ／Ｎ比の良好な再生データを得ることができる。
【００１７】
また、本発明は、光ビームを光位相変調する際に用いるアドレスコードを作成するプログラムであって、ｍ×ｍの正方行列を生成する機能と、前記生成された行列の特定の行を除去する機能と、前記特定の行を除去された行列から第１のアドレスコードを作成する機能と、前記第１のアドレスコードの各要素に、総和がゼロになる２種類以上の係数をかけて第２のアドレスコードを作成する機能とをコンピュータに実現させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、位相変調多重により同一スポットに異なる記録データを多重記録した際に、記録データの記録時に、参照光を光位相変調する時に用いるアドレスコードと、再生時に照明光を光位相変調する時に用いるアドレスコードを異なるものとして記録データ
と同一の再生データを読み出すことにより、参照光の光位相変調が理想的な状態からずれても、再生データに含まれるクロストークを低減することができ、再生データのＳ／Ｎ比を良好に保持することができる。
また、このクロストークノイズが滅った結果として、位相変調多重方式による記録データの多重度を上げられることになり、その分ホログラム記録メディアの記憶容量を増加させることができる。
また、信号光側に新たな光位相変調をすることなく、参照光に元々入っている位相変調器の記録時のコーディングを工夫するだけで済むので、装置を複雑且つ高価にすることなく上記効果を得ることができる。
さらに、光位相変調が理想値からずれてもクロストーク成分を減らすことができるという効果は、逆に、位相変調器の精度に対する要求をゆるくできることを意味しているので、ホログラム記録再生装置の低価格化を図ることができる。また、同様の理由で、各種の不安定性に対するトレランスがゆるくなるので、装置設計の自由度を向上させることもできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
参照光の光位相変調が理想的な状態からずれても、多重記録されたデータ間のクロストークを低減して再生データのＳ／Ｎ比を良好に保持する目的を、位相変調多重により同一スポットに異なる記録データを多重記録した際に、記録データの記録時に、参照光を光位相変調する時に用いるアドレスコードと、再生時に照明光を光位相変調する時に用いるアドレスコードを異なるものとして、記録データと同一の再生データを読み出すことによって実現した。
【実施例１】
【００２０】
図１は、本発明の第１の実施の形態に係るホログラム記録再生装置の構成を示した構成図である。ホログラム記録再生装置は、レーザー光源２、ビームスプリッター４、空間光変調器６、レンズ（フーリエ変換レンズ）８、ホログラム記録メディア１０、レンズ１２、レンズ（逆フーリエ変換レンズ）１４、イメージセンサ１６、空間位相変調器（以降、位相変調器と称する）１８、レンズレットアレイ２０及び制御部２２を有して構成されている。但し、特許請求の範囲のホログラム記録媒体はホログラム記録メディア１０に相当し、第１、第２の位相変調手段は空間位相変調器１８に相当する。
【００２１】
次に本実施の形態の動作について説明する。まず、制御部２２は２次元の空間光変調器６に記録するデータページを表示すると共に、２次元の位相変調器１８に位相変調パターンを表示しておく。その後、レーザー光源２から出射された干渉性を持つレーザー光はビームスプリッター４に入射し、信号光（第１の光ビーム）１００と参照光（第２の光ビーム）２００に分岐され、信号光１００は空間光変調器６に入射される。信号光１００はデータページを表示した空間光変調器６で強度変調され、強度変調された信号光はレンズ８によりホログラム記録メディア１０に集光される。
【００２２】
一方、参照光２００は２次元の位相変調器１８に入射され、ここで光位相変調された後、レンズレットアレイ２０、レンズ１２を介してホログラム記録メディア１０に上記信号光１００に重なるように集光される。これにより、ホログラム記録メディア１０の記録スポットにおいて、この信号光１００と参照光２００が重ねあわされて、その結果形成される干渉縞がホログラム記録メディア１０に微細な疎密パターンとして記録される。
【００２３】
ホログラム記録メディア１０に記録されたデータを再生するには、参照光２００と同一の照明光を位相変調器１８により光空間位相変調してホログラム記録メディア１０に入射させることにより、ホログラム記録メディア１０に記録されている干渉縞に対応する回折光（以降、再生光と称する）としてデータが再生され、この再生光がレンズ１４によりＣＣＤやＣＭＯＳなどのイメージセンサ１６上に集光される。イメージセンサ１６は受光した回折光を光電変換し、得られた受光信号は制御部２２により解析されて画像データとして再生される。
【００２４】
ここで上記動作において、位相変調器１８には、参照光２００を光位相変調する位相変調パターンが制御部２２により図２に示すように表示される。参照光２００は位相変調器１８に平面波として入射し、位相変調パターンにより記録多重度に応じて光位相変調される。一方、空間光変調器６にはデータパターンが制御部２２により図２に示すように表示され、信号光１００はデータパターンにより強度変調される。空間光変調器６で強度変調を受けた信号光１００はレンズ８によりホログラム記録メディア１０に入射し、同時に位相変調器１８で光位相変調された参照光２００がレンズ１２によってホログラム記録メディア１０の同一領域に入射されることによって信号光１００と干渉縞を形成する。
【００２５】
位相変調多重記録されたデータページを再生する際は、各データページを記録した際に用いた位相変調パターンとは異なった位相変調パターン（この異なった位相変調パターン即ち、異なったアドレスコードを用いることが本実施の形態の特徴であるが、これについては後述する）９で光位相変調された照明光を、記録時と同一角度でホログラム記録メディア１０に入射させると、同一の記録スポットから対応するデータページを独立に再生することができる。
【００２６】
次に上記したホログラム記録再生装置における位相変調多重動作について詳しく説明する。位相変調器１８に、φ１＝（φ１１、φ１２、…、φ１Ｎ）という位相を与えて、参照光２００を光位相変調し、これと空間光変調器６により強度変調された信号光１００との干渉縞を図３（Ａ）に示すようにホログラム記録メディア１０に記録する。その後、φｊ＝（φｊ１、φｊ２、…、φｊＮ）という位相を空間光変調器６に与えて光位相変調された照明光をホログラム記録メディア１０に照射して図３（Ｂ）に示すように再生光４００を得たとする。
【００２７】
この時再生される再生光４００と信号光１００との振幅比は、以下の式（１）で表される。
【００２８】
【数１】
2005135531.tif 000003
【００２９】
但し、式（１）中のχlmを、χlm＝ｅｉφlmと定義する。これを行列の形式で表すと、（χlm）＝（ｅｉφlm）とした時に、再生振幅を表す行列Ａは、以下の式（２）で表される。
【００３０】
【数２】
2005135531.tif 000004
【００３１】
以下、行列χを位相コード行列、Ａを再生振幅行列と呼ぶ。この行列Ａの意味するものは以下のようなものである。まず、式（２）を以下の式（３）に示すように書き替える。
【００３２】
【数３】
2005135531.tif 000005
【００３３】
式（３）において、φｌで記録しφｍで再生した場合、その再生振幅はａlmであるということがわかる。これより、行列Ａの対角成分は信号であり、それ以外の成分はクロストークノイズであることが理解できる。すなわち、行列χはχ・χ＊＝Ｅｎ（但し、Ｅｎはｎ×ｎの単位行列）を満たす性質が要求される。
【００３４】
さらに、多重記録の場合を考察すると、記録時にはφ１、φ２、φ３、…が多重記録されており、通常の方法では、再生時にφｌで再生することになるわけだが、この場合、再生振幅はａ１ｌ＋ａ２ｌ＋ａ３ｌ＋、…ａｌｌ＋…となり、これから、Ｓ／Ｎ比は以下の式（４）で表される。
【００３５】
【数４】
2005135531.tif 000006
【００３６】
上記の位相コード行列χの例として、アダマール行列が知られている。４×４のアダマール行列Ｈ(4) は以下の式（５）で表される。
【００３７】
【数５】
2005135531.tif 000007
【００３８】
この式（５）の行列は、Ｈ(4) ×Ｈ(4)*＝Ｅ4 となり、位相コード行列に必要な特性を持っている。
【００３９】
上記のような理想的なアダマールコードを発生させられれば、クロストークの相当少ない再生が可能であるが、実際の位相変調器１８の動作には上記のような理想状態からのずれがある。すなわち、位相コード行列の１の成分を基準に考えた場合、−１の成分を作るには、位相変調器１８によって、πだけ光の位相を変調する必要がある。しかしながら、実際はπ変調からのずれが必ずあり、それがクロストークノイズを発生させる原因となる。
【００４０】
以下、この状況を詳細に説明する。まず、位相変調器１８によって、本来はπずれるところが、π＋αだけ位相がずれたとする。この位相ずれを式（５）のアダマール行列に反映させると、以下の式（６）のような行列となる。
【００４１】
【数６】
2005135531.tif 000008
【００４２】
このような場合の再生振幅行列Ａを計算すると、以下の式（７）のようになることが分かる。
【００４３】
【数７】
2005135531.tif 000009
【００４４】
この式（７）において、対角成分が再生目的の信号であり、他の成分はクロストーク成分である。しかも、これらクロストーク成分の中で、１列目（又は１行目）の成分が大きいことが分かる。したがって、式（６）のアダマール行列からアドレスコード（１，１，１，１）を除外すると、Ｓ／Ｎ比が上がることが分かる。このコード（１，１，１，１）を除外した場合の各アドレスコード毎のＳ／Ｎ比は式（４）を用いて計算すると、以下の式（８）で表される。
【００４５】
【数８】
2005135531.tif 000010
【００４６】
この式（８）を、２ｍ行列の場合に一般化すると、以下の式（９）に示すようになる。
【００４７】
【数９】
2005135531.tif 000011
【００４８】
この式（９）の行列において、上記と同様の方法でＳ／Ｎ比を計算すると、式（１０）で表される。
【００４９】
【数１０】
2005135531.tif 000012
【００５０】
この式（１０）より、多重度２ｍが増えるに伴い分母の項が増大するため、Ｓ／Ｎ比が低下していくことがわかる。これは、各コードで再生されるノイズレベル＝ｍ（１−Ｃｏｓα）がすべて足しあわされて再生されてくることに原因があり、仮にノイズがお互いに打ち消しあえば、ノイズレベルを大きく下げることができる。
【００５１】
このページ間の位相を変えることでノイズを互いに打ち消しあうというアイディアは過去にもあったが、それらは信号光１００の位相を変えるというものであり、位相多重方式を使っている場合、参照光２００だけでなく信号光１００にも位相を変えるための位相変調器を設ける必要があり、装置を複雑にし、またコスト上昇要因となってしまう。
【００５２】
その点、本実施の形態は、参照光側にある位相変調器１８を、ページのアドレッシングだけでなく、同時にノイズレベルも減らす効果をもたせるようにしたものであり、通常は記録と再生で同じ位相コード行列を用いるところを、記録と再生で異なる位相コード行列を用いることにより、上記機能を実現している。以下、記録と再生で異なる位相コード行列を使った位相多重方式について説明する。
【００５３】
記録時と再生時に異なる位相コード行列を使う場合を考える。その際、記録位相コード行列をχrecord、再生位相コード行列をχreadと書くとすると、再生振幅行列Ａは以下の式（１１）に示すように表される。
【００５４】
【数１１】
2005135531.tif 000013
【００５５】
ここで、χrecordとχreadの具体例として、以下の式（１２）で示されるような位相コード行列を考える。
【００５６】
【数１２】
2005135531.tif 000014
【００５７】
この再生位相コード行列χreadは、先ほど出てきた位相ずれαが存在する場合の４×４アダマール行列と同じものであるが、記録位相コード行列χrecordはχreadに対し、１行ごとに−ｅｉγをかけたものである。物理的にはγ＝０の場合（すなわち１行ごとに−１をかけたもの）を考えるとわかりやすい。この場合は、各ページを記録するごとに、参照光の位相を１８０度変えて記録していることに他ならない。このため、再生の際にはノイズがお互い打ち消しあってＳ／Ｎ比があがることになる。上述の行列は１８０度の理想状態からγだけのずれを想定した行列である。実際に、再選振幅行列を計算すると以下の式（１３）に示すようになる。
【００５８】
【数１３】
2005135531.tif 000015
【００５９】
一般的に２ｍ×２ｍ行列の場合に、各行に互い違いにπ＋γの位相差を与えた場合のＳ／Ｎ比は同様に計算できて、前述のコード（１，１，１，…，１，１）を除いた状態では以下の式（１４）に示すようになる。
【００６０】
【数１４】
2005135531.tif 000016
【００６１】
前述のように打ち消し合いがない場合には、Ｓ／Ｎ＝２／ｍ（１−Ｃｏｓα）であったので、γが小さい場合、すなわち打消しが理想的な１８０度に近い場合、Ｓ／Ｎ比は大幅に改善することがわかる。
【００６２】
上記した記録用位相コード行列χrecordは、図１の装置では制御部２２により作成されるが、その作成手順は図４のフローチャートに示す通りである。まず、位相変調多重記録する際の最大多重度に対応する行列サイズｍが指定されて入力されると（ステップＳ１）、式（９）で示されるｍ×ｍのアダマール行列Ｈ（ｍ）を生成する（ステップＳ２）。次に作成した記録用位相コード行列Ｈ（ｍ）の隔行毎に符号を反転し、暫定的な再生用位相コード行列χrecordを作成する（ステップＳ３）。
【００６３】
その後、この記録用位相コード行列χrecordから第１列目の要素を除去し（ステップＳ４）、残りの第２列、第３列、…、第ｍ列からアドレスコードφ１、φ２、…、φｍ−１を作り（ステップＳ５）、これらアドレスコードφ１、φ２、…、φｍ−１より位相コード行列（φ１、φ２、…、φｍ−１）を作って、最終的な記録用位相コード行列χrecordの作成を完了する（ステップＳ６）。
【００６４】
一方、再生用位相コード行列χreadは上記ステップＳ２で生成されたｍ×ｍのアダマール行列Ｈ（ｍ）であるが、算定的な記録用位相コード行列χrecordから第１列目の要素を除去しているため、記録用位相コード行列を作った時と同様にアダマール行列Ｈ（ｍ）の第１列目の要素を除去し、残りの要素からアドレスコードを作って、最終的な再生用位相コード行列χreadを作成する。
【００６５】
制御部２２は記録用位相コード行列χrecordの例えば第１列目のアドレスコードより作成した位相変調パターンを位相変調器１８に表示して参照光２００を光位相変調し、これと記録データに対応して空間光変調された信号光との干渉縞をホログラム記録メディア１０に記録する。その後、再生用位相コード行列χreadの第１列目のアドレスコードより作成した位相変調パターンを位相変調器１８に表示して照明光３００を光位相変調し、この光位相変調した照明光３００をホログラム記録メディア１０に照射することにより、前記記録データを再生光として読み出すことになる。
【００６６】
その際、再生光は式（１３）の第１行目の情報を持っていて、この例では対角成分の４が目的の再生情報になり、他の成分はクロストーク成分となる。しかし、上記した説明の如く、目的の再生情報に対してクロストーク成分の和は小さく、したがってイメージセンサ１６からはＳ／Ｎ比（式（１４）参照）が良好な再生信号が得られる。
【００６７】
本実施の形態によれば、位相変調器１８により参照光２００を光位相変調する時に用いるアドレスコードと、同位相変調器１８により照明光３００を光位相変調する時に用いるアドレスコードを異なるものとすることで、位相変調器１８による位相変調が理想値からずれることによって起こる再生信号に含まれるクロストーク成分を減らすことができ、再生信号のＳ／Ｎ比を大幅に改善することができる。このクロストークノイズが減った結果として、位相変調多重方式による記録データの多重度を上げられることになり、ホログラム記録メディア１０の記憶容量を増加させることができる。
【００６８】
また、信号光１００側に新たな位相変調をすることなく、参照光２００側に元々入っている位相変調器１８の記録時のコーディングを工夫するだけで済むので、装置を複雑且つ高価にすることなく上記効果を得ることができる。
【００６９】
さらに、上記の位相変調が理想値からずれてもクロストーク成分を減らすことができるという効果は、逆に、位相変調器１８の精度に対する要求をゆるくできることを意味しているので、ホログラム記録再生装置の低価格化を図ることができる。また、同様の理由で、各種の不安定性に対するトレランスがゆるくなるので、システム構成上のメリットも大きくすることができる。
【００７０】
尚、上記の実施の形態では、χreadにアダマール行列を使ったが、前述のようにχ・χ* ＝Ｅn を満たす行列なら何でもかまわない。さらに言うと、χ・χ* の非対角成分がゼロならかまわない。但し、この場合、対角成分の絶対値はすべて近い値が望ましい。そうしないと、再生光の強度がページごとに大きく異なることになる。なお、ここで絶対値といったのは、対角成分は一般的には再生光の振幅を表す複素数であり、その絶対値の２乗が強度になるからである。
【００７１】
また、上記の実施の形態では、χrecordはχreadの行に交互に−１をかけて生成したが、必ずしも交互にかける必要は無い。全体として−１と１の数が等しければ同様の効果を得ることができる。
【００７２】
さらに、上記の実施の形態では、１と−１の例を示したが、任意の角度θにおいて、θとθ＋πをχreadの行にかけてχrecordを式（１５）に示すように生成しても良く、同様の効果を得ることができる。尚、式（１５）よりχreadの行にかけた２種類の係数はｅｉθと−ｅｉθで、その比は−１となる関係にある。
【００７３】
【数１５】
2005135531.tif 000017
【実施例２】
【００７４】
次に、本発明の第２の実施の形態に係る位相コード行列の作成方法を説明する。但し、本例の構成は上記した第１の実施の形態と同様であるため、以下同一の構成を持つ各部についてはその構成動作の説明を省略し、以下、その動作の特徴部分を説明する。
【００７５】
本実施の形態では、再生用位相コード行列χreadに対して２つの値（例えば１と−１）を１行毎にかけて記録用位相コード行列χrecordを作成した第１の実施の形態とは異なり、χreadの行にさまざまな値をかけて記録用位相コード行列χrecordを作成する方法を採っている。但し、その場合、再生用位相コード行列χreadの行にかけた値の総和はゼロになっていることが望ましい。再生用位相コード行列χreadとして式（１３）で示した８×８のアダマール行列Η(8) を用いた具体的な作成方法を以下に説明する。
【００７６】
【数１６】
2005135531.tif 000018
【００７７】
しかし、式（１６）の位相変調器１８による参照光２００に対する空間光変調は理想どおりに行われないため、実際には厳密−１と言う位相からはずれる。このずれ量を前述と同様にαとおいたものを、再生用位相コード行列χreadとして用いる。この場合、χreadは式（１７）に示したように表される。
【００７８】
【数１７】
2005135531.tif 000019
【００７９】
本実施の形態では、この式（１７）の各行に係数（ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ，ｆ，ｇ，ｈ）をかけた行列を記録用位相コード行列χrecordとして用い、それは式（１８）に示すようになる。
【００８０】
【数１８】
2005135531.tif 000020
【００８１】
式（１７）、式（１８）より再生振幅行列Ａを求めると、式（１９）のようになる。
【００８２】
【数１９】
2005135531.tif 000021
【００８３】
この式（１９）では、対角成分及びコード（１，１，１，１，１，１，１，１）の部分（すなわち１行目）を除くと、すべて同じものに、係数がかかっているだけであることがわかる。例えば、２列目に注目すると、ノイズ成分の和は、Ｎ＝４×（ｃ＋ｄ＋ｅ＋ｆ＋ｇ＋ｈ）（１−Ｃｏｓ（α））となる。したがって、ノイズを減らすためにはｃ＋ｄ＋ｅ＋ｆ＋ｇ＋ｈ＝０となるような組を持ってくることが望ましい。他の列も同様である。実際はすべての列でゼロになるような組は存在しないが、アダマール行列のサイズが大きい場合は近似的にゼロになっていれば実際上の問題は無い。
【００８４】
本実施の形態も再生用位相コード行列χreadから作成した記録用位相コード行列χrecordから作成した位相アドレスコードを用いて参照光を光位相変調して記録データを記録し、再生時には再生用位相アドレスコードを用いて照明光を光位相変調してデータを再生することにより、第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【００８５】
尚、上記実施の形態の位相アドレスコードを作成する手順を位相アドレスコード作成プログラムとしてプログラム化し、コンピュータに実行させることにより実施することができる。その際、位相アドレスコード作成プログラムはフレキシブルディスクやハードディスク等のディスク型記憶媒体、半導体メモリやカード型メモリ等の各種メモリ或いは通信ネットワーク等の各種プログラム記憶媒体を通じてコンピュータに供給することができる。
【００８６】
また、本発明は上記実施の形態に限定されることなく、その要旨を逸脱しない範囲において、具体的な構成、機能、作用、効果において、他の種々の形態によっても実施することができる。例えば、上記実施の形態では、最初に再生用位相コード行列を作成し、この再生用位相コード行列の各要素に係数をかけて、記録用位相コード行列を作成した。しかし、これを反対にして、最初に記録用位相コード行列を作成し、この記録用位相コード行列の各要素に係数をかけて、再生用位相コード行列を作成し、記録用位相コード行列から作成したアドレスコードを用いて参照光を光位相変調して記録データを記録し、再生時には再生用位相コード行列から作成したアドレスコードを用いて照明光を光位相変調してデータを再生することにより、上記実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００８７】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るホログラム記録再生装置の構成を示した構成図である。
【図２】図１に示した光位相変調器の動作を説明する斜視図である。
【図３】図１に示したホログラム記録再生装置による位相変調多重記録再生動作を説明する図である。
【図４】図１に示した制御部２２による記録用、再生用位相コード行列の作成手順を示したフローチャートである。
【図５】従来のホログラム記録再生装置の構成を説明する概略構成図である。
【符号の説明】
【００８８】
２……レーザー光源、４……ビームスプリッター、６……空間光変調器、８、１２、１４……レンズ、１０……ホログラム記録メディア、１６……イメージセンサ、１８……空間位相変調器、２０……レンズレットアレイ、２２……制御部。
【図１】
2005135531.tif 000022
【図２】
2005135531.tif 000023
【図３】
2005135531.tif 000024
【図４】
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【図５】
2005135531.tif 000026